TEDGlobalLondon
Jim Al-Khalili: How quantum biology might explain life's biggest questions
Джим Аль-Халілі: Як квантова біологія може прояснити найбільші запитання про життя
Filmed:
Readability: 4.9
2,255,707 views
Звідки пташка вільшанка знає, як летіти на південь? Відповідь може виявитися химернішою, ніж ви сподівалися: Тут може бути задіяна квантова фізика. Джим Аль-Халілі пропонує огляд надзвичайно нового, неймовірно дивного світу квантової біології, де щось, що Ейнштейн якось назвав "моторошною дією на відстані", допомагає птахам орієнтуватися, а квантові явища можуть пояснити походження самого життя.
Jim Al-Khalili - Quantum physicist
Physicist Jim Al-Khalili and co-author Johnjoe McFadden, a biologist, explore the far edges of quantum biology in their book "Life on the Edge." Full bio
Physicist Jim Al-Khalili and co-author Johnjoe McFadden, a biologist, explore the far edges of quantum biology in their book "Life on the Edge." Full bio
Double-click the English transcript below to play the video.
00:13
I'd like to introduce you
to an emerging area of science,
to an emerging area of science,
0
1190
4528
Я би хотів розповісти вам
про нову галузь науки,
про нову галузь науки,
00:17
one that is still speculative
but hugely exciting,
but hugely exciting,
1
5742
3943
яка ще поки суто гіпотетична,
але неймовірна захоплива,
але неймовірна захоплива,
00:21
and certainly one
that's growing very rapidly.
that's growing very rapidly.
2
9709
2629
і яка, безумовно, дуже швидко
розвивається.
розвивається.
Квантова біологія ставить
дуже просте питання:
дуже просте питання:
00:25
Quantum biology
asks a very simple question:
asks a very simple question:
3
13448
4048
00:29
Does quantum mechanics --
4
17520
1350
Квантова механіка --
00:30
that weird and wonderful
and powerful theory
and powerful theory
5
18894
3302
ця дивна і прекрасна
і могутня теорія
і могутня теорія
00:34
of the subatomic world
of atoms and molecules
of atoms and molecules
6
22220
2688
субатомного світу
атомів та молекул,
атомів та молекул,
00:36
that underpins so much
of modern physics and chemistry --
of modern physics and chemistry --
7
24932
3488
яка лежить в основі значної
частини сучасної фізики і хімії --
частини сучасної фізики і хімії --
00:40
also play a role inside the living cell?
8
28444
3412
чи відіграє вона також свою роль
всередині живої клітини?
всередині живої клітини?
00:43
In other words: Are there processes,
mechanisms, phenomena
mechanisms, phenomena
9
31880
4079
Іншими словами:
чи є процеси, механізми, явища
чи є процеси, механізми, явища
00:47
in living organisms
that can only be explained
that can only be explained
10
35983
3988
в живих організмах,
які можна пояснити виключно
які можна пояснити виключно
00:51
with a helping hand
from quantum mechanics?
from quantum mechanics?
11
39995
2743
за допомогою чудодійної
квантової механіки?
квантової механіки?
Квантова біологія не нова;
00:55
Now, quantum biology isn't new;
12
43546
1637
00:57
it's been around since the early 1930s.
13
45207
2401
вона з'явилася ще на початку 1930-х.
Але лише десь в останні 10 років
обережні експерименти,
обережні експерименти,
00:59
But it's only in the last decade or so
that careful experiments --
that careful experiments --
14
47928
3715
01:03
in biochemistry labs,
using spectroscopy --
using spectroscopy --
15
51667
3464
які проводилися в біохімічних
лабораторіях за допомогою спектроскопії,
лабораторіях за допомогою спектроскопії,
01:07
have shown very clear, firm evidence
that there are certain specific mechanisms
that there are certain specific mechanisms
16
55155
6863
надали дуже чіткі, точні докази
того, що є певні особливі механізми,
того, що є певні особливі механізми,
01:14
that require quantum mechanics
to explain them.
to explain them.
17
62042
2511
пояснення яких потребує
квантової механіки.
квантової механіки.
01:17
Quantum biology brings together
quantum physicists, biochemists,
quantum physicists, biochemists,
18
65674
3329
Квантова біологія об'єднує
квантових фізиків, біохіміків
квантових фізиків, біохіміків
01:21
molecular biologists --
it's a very interdisciplinary field.
it's a very interdisciplinary field.
19
69027
3641
та молекулярних біологів -
це дуже інтердисциплінарна галузь.
це дуже інтердисциплінарна галузь.
01:24
I come from quantum physics,
so I'm a nuclear physicist.
so I'm a nuclear physicist.
20
72692
3929
Моя сфера - квантова фізика,
тож я - фізик-ядерник.
тож я - фізик-ядерник.
01:28
I've spent more than three decades
21
76645
2265
Вже більше 30 років
01:30
trying to get my head
around quantum mechanics.
around quantum mechanics.
22
78934
2929
я ламаю голову над квантовою механікою.
01:33
One of the founders
of quantum mechanics, Niels Bohr,
of quantum mechanics, Niels Bohr,
23
81887
2493
Один із засновників
квантової механіки, Нільс Бор,
квантової механіки, Нільс Бор,
01:36
said, If you're not astonished by it,
then you haven't understood it.
then you haven't understood it.
24
84404
3350
сказав: "Якщо вона вас не вражає,
то ви її ще не зрозуміли".
то ви її ще не зрозуміли".
01:40
So I sort of feel happy
that I'm still astonished by it.
that I'm still astonished by it.
25
88237
2843
Тому я трохи тішуся,
що вона досі мене вражає.
що вона досі мене вражає.
01:43
That's a good thing.
26
91104
1745
Це добре.
01:44
But it means I study the very
smallest structures in the universe --
smallest structures in the universe --
27
92873
6885
Але в цій галузі я вивчаю
найменші структури у Всесвіті -
найменші структури у Всесвіті -
01:51
the building blocks of reality.
28
99782
2075
крупинки, з яких складається реальність.
01:53
If we think about the scale of size,
29
101881
3215
Якщо ми подумаємо про
співвідношення розмірів,
співвідношення розмірів,
01:57
start with an everyday object
like the tennis ball,
like the tennis ball,
30
105120
2952
взявши звичний предмет,
наприклад, тенісний м'ячик,
наприклад, тенісний м'ячик,
02:00
and just go down orders
of magnitude in size --
of magnitude in size --
31
108096
2901
і збільшуватимемо масштаб -
02:03
from the eye of a needle down to a cell,
down to a bacterium, down to an enzyme --
down to a bacterium, down to an enzyme --
32
111021
5197
від вушка голки до клітини,
далі до бактерії, далі до ензиму -
далі до бактерії, далі до ензиму -
02:08
you eventually reach the nano-world.
33
116242
1729
то врешті опинимося у нано-світі.
02:09
Now, nanotechnology may be
a term you've heard of.
a term you've heard of.
34
117995
2495
Можливо, ви чули термін
"нанотехнології".
"нанотехнології".
02:12
A nanometer is a billionth of a meter.
35
120841
2853
Нанометр - це
мільярдна частка метра.
мільярдна частка метра.
02:16
My area is the atomic nucleus,
which is the tiny dot inside an atom.
which is the tiny dot inside an atom.
36
124560
4370
Я спеціалізуюся на атомному ядрі,
який є крихітною цяткою всередині атома.
який є крихітною цяткою всередині атома.
02:20
It's even smaller in scale.
37
128954
1932
Він ще менший за розміром.
02:22
This is the domain of quantum mechanics,
38
130910
1918
Це - царина квантової механіки,
02:24
and physicists and chemists
have had a long time
have had a long time
39
132852
2516
і фізикам з хіміками
не одразу вдалося
не одразу вдалося
02:27
to try and get used to it.
40
135392
1301
розібратися в ній.
02:29
Biologists, on the other hand,
have got off lightly, in my view.
have got off lightly, in my view.
41
137248
4457
З іншого боку, біологи зрушили
з місця досить легко, як на мене.
з місця досить легко, як на мене.
Їм дуже подобаються їхні молекулярні
моделі з кульками і прутиками.
моделі з кульками і прутиками.
02:34
They are very happy with their
balls-and-sticks models of molecules.
balls-and-sticks models of molecules.
42
142071
4331
02:38
(Laughter)
43
146426
1082
(Сміх)
02:39
The balls are the atoms, the sticks
are the bonds between the atoms.
are the bonds between the atoms.
44
147532
3198
Кульки позначають атоми, а
прутики - зв'язки між цими атомами.
прутики - зв'язки між цими атомами.
І коли вчені не можуть змайструвати
їхню фізичну модель в лабораторії,
їхню фізичну модель в лабораторії,
02:42
And when they can't build them
physically in the lab,
physically in the lab,
45
150754
2494
02:45
nowadays, they have
very powerful computers
very powerful computers
46
153272
2392
то сьогодні у них є дуже
потужні комп'ютери,
потужні комп'ютери,
02:47
that will simulate a huge molecule.
47
155688
1967
які можуть змоделювати величезну молекулу.
02:49
This is a protein made up
of 100,000 atoms.
of 100,000 atoms.
48
157679
3664
Ось протеїн, який
складається з 100 000 атомів.
складається з 100 000 атомів.
02:54
It doesn't really require much in the way
of quantum mechanics to explain it.
of quantum mechanics to explain it.
49
162003
4335
Він практично не потребує ніякого
пояснення з точки зору квантової механіки.
пояснення з точки зору квантової механіки.
02:59
Quantum mechanics
was developed in the 1920s.
was developed in the 1920s.
50
167695
2889
Квантова механіка розвинулася в 1920-х.
03:02
It is a set of beautiful and powerful
mathematical rules and ideas
mathematical rules and ideas
51
170965
6880
Вона є сукупністю прекрасних і могутніх
математичних правил та ідей,
математичних правил та ідей,
03:09
that explain the world of the very small.
52
177869
2608
які пояснюють світ найдрібніших часточок.
03:12
And it's a world that's very different
from our everyday world,
from our everyday world,
53
180501
3372
Цей світ дуже відрізняється
від нашого повсякденного світу.
від нашого повсякденного світу.
03:15
made up of trillions of atoms.
54
183897
1519
Він складається з трильйонів атомів.
03:17
It's a world built
on probability and chance.
on probability and chance.
55
185440
3557
Це світ, який побудований
на ймовірності і випадковості.
на ймовірності і випадковості.
03:21
It's a fuzzy world.
56
189818
1302
Це невизначений світ.
03:23
It's a world of phantoms,
57
191144
1730
Це світ примар,
03:24
where particles can also behave
like spread-out waves.
like spread-out waves.
58
192898
3348
в якому часточки можуть також
поводити себе як хвилі розширення.
поводити себе як хвилі розширення.
03:30
If we imagine quantum mechanics
or quantum physics, then,
or quantum physics, then,
59
198157
2862
Якщо подумати про квантову механіку
або квантову фізику,
або квантову фізику,
03:33
as the fundamental
foundation of reality itself,
foundation of reality itself,
60
201043
5214
яка й так є фундаментальною
основою реальності,
основою реальності,
03:38
then it's not surprising that we say
61
206281
1730
тоді це не викликає подиву,
03:40
quantum physics underpins
organic chemistry.
organic chemistry.
62
208035
2420
що на квантову фізику спирається
органічна хімія.
органічна хімія.
03:42
After all, it gives us
the rules that tell us
the rules that tell us
63
210479
2120
Зрештою, вона дає нам
правила, які описують те,
правила, які описують те,
03:44
how the atoms fit together
to make organic molecules.
to make organic molecules.
64
212623
2641
як атоми тримаються разом
і утворюють органічні молекули.
і утворюють органічні молекули.
03:47
Organic chemistry,
scaled up in complexity,
scaled up in complexity,
65
215288
3239
Органічна хімія,
збільшена у масштабі,
збільшена у масштабі,
03:50
gives us molecular biology,
which of course leads to life itself.
which of course leads to life itself.
66
218551
3322
дає нам молекулярну біологію,
яка, звісно, веде до самого життя.
яка, звісно, веде до самого життя.
03:54
So in a way, it's sort of not surprising.
67
222174
1977
Тож, певною мірою, це й не дивно.
03:56
It's almost trivial.
68
224175
1214
Це майже банально.
03:57
You say, "Well, of course life ultimately
must depend of quantum mechanics."
must depend of quantum mechanics."
69
225413
4220
Ви кажете: "Звісно, життя має зрештою
залежати від квантової механіки".
залежати від квантової механіки".
04:02
But so does everything else.
70
230141
2390
Але це стосується й усього іншого.
04:04
So does all inanimate matter,
made up of trillions of atoms.
made up of trillions of atoms.
71
232555
3615
Так само і неживої матерії, яка
складається з трильйонів атомів.
складається з трильйонів атомів.
04:08
Ultimately, there's a quantum level
72
236501
4878
Ми завжди доходимо до квантового рівня,
04:13
where we have to delve into
this weirdness.
this weirdness.
73
241403
2183
де нам доводиться
заглиблюватися у цю дивину.
заглиблюватися у цю дивину.
04:15
But in everyday life,
we can forget about it.
we can forget about it.
74
243610
2416
Але в повсякденному житті
про це можна забути.
про це можна забути.
04:18
Because once you put together
trillions of atoms,
trillions of atoms,
75
246404
3199
Бо коли з'єднуються
трильйони атомів,
трильйони атомів,
04:21
that quantum weirdness
just dissolves away.
just dissolves away.
76
249627
2615
ця квантова дивина просто розвіюється.
04:27
Quantum biology isn't about this.
77
255288
2569
А квантова біологія не про це.
04:29
Quantum biology isn't this obvious.
78
257881
2556
Квантова біологія не така очевидна.
04:32
Of course quantum mechanics
underpins life at some molecular level.
underpins life at some molecular level.
79
260461
4229
Звичайно, квантова механіка пояснює
життя на певному молекулярному рівні.
життя на певному молекулярному рівні.
04:37
Quantum biology is about looking
for the non-trivial --
for the non-trivial --
80
265254
6004
Квантова біологія шукає небанальне -
04:43
the counterintuitive ideas
in quantum mechanics --
in quantum mechanics --
81
271282
4476
контрінтуїтивні ідеї
у квантовій механіці -
у квантовій механіці -
04:47
and to see if they do, indeed,
play an important role
play an important role
82
275782
3015
і намагається з'ясувати, чи справді
вони відіграють важливу роль
вони відіграють важливу роль
04:50
in describing the processes of life.
83
278821
2452
у поясненні життєвих процесів.
Зараз наведу свій ідеальний приклад
04:54
Here is my perfect example
of the counterintuitiveness
of the counterintuitiveness
84
282653
5220
контрінтуїтивності квантового світу.
04:59
of the quantum world.
85
287897
1446
05:01
This is the quantum skier.
86
289367
1251
Ось квантовий "лижник".
05:02
He seems to be intact,
he seems to be perfectly healthy,
he seems to be perfectly healthy,
87
290642
2640
З ним нібито все гаразд,
він виглядає абсолютно здоровим і цілим.
він виглядає абсолютно здоровим і цілим.
05:05
and yet, he seems to have gone around
both sides of that tree at the same time.
both sides of that tree at the same time.
88
293306
4127
І в той же час, він нібито об'їхав
те дерево з обох сторін одночасно.
те дерево з обох сторін одночасно.
05:09
Well, if you saw tracks like that
89
297457
1663
Якби ви десь побачили такі сліди,
05:11
you'd guess it was some
sort of stunt, of course.
sort of stunt, of course.
90
299144
2309
то подумали б, що це якийсь трюк.
05:13
But in the quantum world,
this happens all the time.
this happens all the time.
91
301477
2591
А в квантовому світі
таке відбувається постійно.
таке відбувається постійно.
Часточки можуть одночасно виконувати
декілька дій, бути в двох місцях одразу.
декілька дій, бути в двох місцях одразу.
05:16
Particles can multitask,
they can be in two places at once.
they can be in two places at once.
92
304864
3026
05:19
They can do more than one thing
at the same time.
at the same time.
93
307914
2328
Вони можуть виконувати
більше одної дії одночасно.
більше одної дії одночасно.
05:22
Particles can behave
like spread-out waves.
like spread-out waves.
94
310266
2643
Часточки можуть діяти як
хвилі розширення.
хвилі розширення.
05:25
It's almost like magic.
95
313298
1599
Це схоже на чари.
05:27
Physicists and chemists have had
nearly a century
nearly a century
96
315538
2749
Фізики і хіміки майже ціле століття
05:30
of trying to get used to this weirdness.
97
318311
2646
звикали до цього дивацтва.
05:33
I don't blame the biologists
98
321445
1350
Я не виню біологів
05:34
for not having to or wanting
to learn quantum mechanics.
to learn quantum mechanics.
99
322819
2635
за відсутність необхідності або бажання
вивчити квантову механіку.
вивчити квантову механіку.
05:37
You see, this weirdness is very delicate;
100
325478
3198
Бачите, ця дивина - дуже тонка справа.
05:40
and we physicists work very hard
to maintain it in our labs.
to maintain it in our labs.
101
328700
4450
Ми, фізики, робимо важку роботу
з її підтримання в наших лабораторіях.
з її підтримання в наших лабораторіях.
05:45
We cool our system down
to near absolute zero,
to near absolute zero,
102
333174
4204
Ми охолоджуємо систему
до майже нуля градусів,
до майже нуля градусів,
05:49
we carry out our experiments in vacuums,
103
337402
1945
ми проводимо експерименти у вакуумі,
05:51
we try and isolate it
from any external disturbance.
from any external disturbance.
104
339371
3527
ми силкуємося усунути
будь-який зовнішній вплив.
будь-який зовнішній вплив.
05:55
That's very different from the warm,
messy, noisy environment of a living cell.
messy, noisy environment of a living cell.
105
343602
5078
Це дуже відрізняється від теплого,
заплутаного, шумного середовища
заплутаного, шумного середовища
живої клітини.
06:01
Biology itself, if you think of
molecular biology,
molecular biology,
106
349960
2787
Сама біологія, якщо йдеться про
молекулярну біологію,
молекулярну біологію,
06:04
seems to have done very well
in describing all the processes of life
in describing all the processes of life
107
352771
3457
здається, добре описала
усі життєві процеси
усі життєві процеси
06:08
in terms of chemistry --
chemical reactions.
chemical reactions.
108
356252
2486
в рамках хімії,
тобто, хімічних реакцій.
тобто, хімічних реакцій.
06:10
And these are reductionist,
deterministic chemical reactions,
deterministic chemical reactions,
109
358762
4850
І це редукціоністські,
детерміністичні хімічні реакції,
детерміністичні хімічні реакції,
06:15
showing that, essentially, life is made
of the same stuff as everything else,
of the same stuff as everything else,
110
363636
5114
які говорять про те, що, по суті, життя
складається з того ж, з чого й усе інше.
складається з того ж, з чого й усе інше.
06:20
and if we can forget about quantum
mechanics in the macro world,
mechanics in the macro world,
111
368774
3060
І якщо ми можемо забути про
квантову механіку у макро-світі,
квантову механіку у макро-світі,
06:23
then we should be able to forget
about it in biology, as well.
about it in biology, as well.
112
371858
3246
то ми так само повинні бути здатні
забувати про неї і в біології.
забувати про неї і в біології.
06:27
Well, one man begged
to differ with this idea.
to differ with this idea.
113
375706
3364
Хоча один чоловік
кинув виклик цій ідеї.
кинув виклик цій ідеї.
06:32
Erwin Schrödinger,
of Schrödinger's Cat fame,
of Schrödinger's Cat fame,
114
380062
3469
Ервін Шредінґер, який прославився
Котом Шредіґнера,
Котом Шредіґнера,
06:35
was an Austrian physicist.
115
383555
1317
був австрійським фізиком.
06:36
He was one of the founders
of quantum mechanics in the 1920s.
of quantum mechanics in the 1920s.
116
384896
3183
Одним із засновників
квантової механіки в 1920-х.
квантової механіки в 1920-х.
У 1944 році він написав книжку
під назвою "Що таке життя?"
під назвою "Що таке життя?"
06:40
In 1944, he wrote a book
called "What is Life?"
called "What is Life?"
117
388663
2707
06:43
It was tremendously influential.
118
391839
1731
Вона мала надзвичайне значення.
06:45
It influenced Francis Crick
and James Watson,
and James Watson,
119
393594
2881
Вона вплинула на роботу
Френсіса Кріка і Джеймса Вотсона,
Френсіса Кріка і Джеймса Вотсона,
які відкрили структуру
подвійної спіралі в ДНК.
подвійної спіралі в ДНК.
06:48
the discoverers of the double-helix
structure of DNA.
structure of DNA.
120
396499
2523
06:51
To paraphrase a description
in the book, he says:
in the book, he says:
121
399343
3668
Якщо перефразувати його слова,
то каже він таке:
то каже він таке:
06:55
At the molecular level,
living organisms have a certain order,
living organisms have a certain order,
122
403035
5786
На молекулярному рівні
живі організми мають певний порядок,
живі організми мають певний порядок,
07:00
a structure to them that's very different
123
408845
3232
складені у певну структуру,
яка дуже відрізняється
яка дуже відрізняється
07:04
from the random thermodynamic jostling
of atoms and molecules
of atoms and molecules
124
412101
4736
від хаотичної термодинамічної
товкотнечі атомів і молекул
товкотнечі атомів і молекул
07:08
in inanimate matter
of the same complexity.
of the same complexity.
125
416861
3706
в неживій матерії
такого ж рівня складності.
такого ж рівня складності.
07:13
In fact, living matter seems to behave
in this order, in a structure,
in this order, in a structure,
126
421504
5014
Насправді, жива матерія веде себе
у цьому порядку, в цій структурі
у цьому порядку, в цій структурі
07:18
just like inanimate matter
cooled down to near absolute zero,
cooled down to near absolute zero,
127
426542
3834
точно так само як нежива матерія,
охолоджена майже до абсолютного нуля,
охолоджена майже до абсолютного нуля,
07:22
where quantum effects
play a very important role.
play a very important role.
128
430400
3033
де квантові прояви
грають дуже важливу роль.
грають дуже важливу роль.
07:26
There's something special
about the structure -- the order --
about the structure -- the order --
129
434280
4160
Є щось особливе
у структурі - порядку -
у структурі - порядку -
07:30
inside a living cell.
130
438464
1560
всередині живої клітини.
07:32
So, Schrödinger speculated that maybe
quantum mechanics plays a role in life.
quantum mechanics plays a role in life.
131
440048
5293
Тож Шредінґер припустив, що, може,
квантова механіка бере участь у житті.
квантова механіка бере участь у житті.
07:38
It's a very speculative,
far-reaching idea,
far-reaching idea,
132
446096
3425
Це дуже гіпотетична,
далекоглядна ідея,
далекоглядна ідея,
07:41
and it didn't really go very far.
133
449545
2873
і вона поки не підтвердилася.
07:45
But as I mentioned at the start,
134
453536
1533
Але, як я сказав на початку,
07:47
in the last 10 years, there have been
experiments emerging,
experiments emerging,
135
455093
2799
протягом останніх 10 років
з'являлися експерименти,
з'являлися експерименти,
07:49
showing where some of these
certain phenomena in biology
certain phenomena in biology
136
457916
4055
які вказують, де саме деякі з цих
окремих явищ в біології
окремих явищ в біології
07:53
do seem to require quantum mechanics.
137
461995
1763
потребують квантової механіки.
07:55
I want to share with you
just a few of the exciting ones.
just a few of the exciting ones.
138
463782
3123
Я хочу поділитися з вами
декількома такими цікавими прикладами.
декількома такими цікавими прикладами.
08:00
This is one of the best-known
phenomena in the quantum world,
phenomena in the quantum world,
139
468215
3707
Ось одне з найвідоміших
явищ у квантовому світі -
явищ у квантовому світі -
08:03
quantum tunneling.
140
471946
1701
квантове тунелювання.
08:05
The box on the left shows
the wavelike, spread-out distribution
the wavelike, spread-out distribution
141
473671
4389
Ліва частина схеми показує
хвилеподібний, розсіяний розподіл
хвилеподібний, розсіяний розподіл
08:10
of a quantum entity --
a particle, like an electron,
a particle, like an electron,
142
478084
2761
квантової одиниці -
часточки, наприклад, електрону,
часточки, наприклад, електрону,
08:12
which is not a little ball
bouncing off a wall.
bouncing off a wall.
143
480869
3637
яка не є маленьким м'ячиком,
що відбивається від стіни.
що відбивається від стіни.
08:16
It's a wave that has a certain probability
of being able to permeate
of being able to permeate
144
484530
4739
Це хвиля, яка має певну ймовірність
здатності проходити
здатності проходити
08:21
through a solid wall, like a phantom
leaping through to the other side.
leaping through to the other side.
145
489293
3406
крізь тверду стіну, ніби привид,
що перескакує на другу сторону.
що перескакує на другу сторону.
08:24
You can see a faint smudge of light
in the right-hand box.
in the right-hand box.
146
492723
4098
У правій частині схеми можна побачити
ледь помітний згусток світла.
ледь помітний згусток світла.
08:29
Quantum tunneling suggests that a particle
can hit an impenetrable barrier,
can hit an impenetrable barrier,
147
497773
4612
Квантове тунелювання означає, що
часточка може зіштовхнутися
часточка може зіштовхнутися
з непрохідним бар'єром,
і все ж якимось магічним чином
і все ж якимось магічним чином
08:34
and yet somehow, as though by magic,
148
502409
2460
08:36
disappear from one side
and reappear on the other.
and reappear on the other.
149
504893
2444
зникнути з однієї сторони
і з'явитися знову з іншої.
і з'явитися знову з іншої.
08:39
The nicest way of explaining it is
if you want to throw a ball over a wall,
if you want to throw a ball over a wall,
150
507658
4251
Найкраще це пояснити так: якщо ви
хочете перекинути м'яч через стіну,
хочете перекинути м'яч через стіну,
вам необхідно надати йому досить енергії,
щоб він перелетів через верх стіни.
щоб він перелетів через верх стіни.
08:43
you have to give it enough energy
to get over the top of the wall.
to get over the top of the wall.
151
511933
3577
08:47
In the quantum world,
you don't have to throw it over the wall,
you don't have to throw it over the wall,
152
515534
3058
У квантовому світі не обов'язково
перекидати його через стіну,
перекидати його через стіну,
08:50
you can throw it at the wall,
and there's a certain non-zero probability
and there's a certain non-zero probability
153
518616
3407
можна кинути його в стіну, і тоді
існуватиме певна ненульова ймовірність,
існуватиме певна ненульова ймовірність,
08:54
that it'll disappear on your side,
and reappear on the other.
and reappear on the other.
154
522047
3323
що м'яч зникне з вашої сторони
і з'явиться знову з іншої.
і з'явиться знову з іншої.
08:57
This isn't speculation, by the way.
155
525394
1678
І це не домисел, до речі.
08:59
We're happy -- well, "happy"
is not the right word --
is not the right word --
156
527096
3396
Ми раді -- точніше, "раді" -
це не те слово --
це не те слово --
09:02
(Laughter)
157
530516
2045
(Сміх)
09:04
we are familiar with this.
158
532585
1618
ми це розуміємо.
09:06
(Laughter)
159
534227
2745
(Сміх)
09:08
Quantum tunneling
takes place all the time;
takes place all the time;
160
536996
2294
Квантове тунелювання
відбувається повсякчас;
відбувається повсякчас;
09:11
in fact, it's the reason our Sun shines.
161
539314
2667
насправді воно є причиною того,
що наше Сонце сяє.
що наше Сонце сяє.
09:14
The particles fuse together,
162
542655
1509
Часточки з'єднуються докупи,
09:16
and the Sun turns hydrogen
into helium through quantum tunneling.
into helium through quantum tunneling.
163
544188
3698
і Сонце перетворює водень на гелій
за допомогою квантового тунелювання.
за допомогою квантового тунелювання.
09:21
Back in the 70s and 80s, it was discovered
that quantum tunneling also takes place
that quantum tunneling also takes place
164
549464
5220
Ще в 70-х і 80-х було виявлено,
що квантове тунелювання відбувається
що квантове тунелювання відбувається
09:26
inside living cells.
165
554708
1192
також і всередині живих клітин.
09:28
Enzymes, those workhorses of life,
the catalysts of chemical reactions --
the catalysts of chemical reactions --
166
556290
6266
Ензими, ці робочі конячки життя,
каталізатори хімічних реакцій -
каталізатори хімічних реакцій -
09:34
enzymes are biomolecules that speed up
chemical reactions in living cells,
chemical reactions in living cells,
167
562580
4166
ензими є біомолекулами, які пришвидшують
хімічні реакції в живих клітинах
хімічні реакції в живих клітинах
09:38
by many, many orders of magnitude.
168
566770
1703
у багато, багато разів.
09:40
And it's always been a mystery
how they do this.
how they do this.
169
568497
2784
І те, як вони це роблять,
завжди залишалося загадкою.
завжди залишалося загадкою.
09:43
Well, it was discovered
170
571650
1189
Отож, було з'ясовано,
09:44
that one of the tricks that enzymes
have evolved to make use of,
have evolved to make use of,
171
572863
4852
що одним з прийомів, якими
ензими навчилися користуватися,
ензими навчилися користуватися,
09:49
is by transferring subatomic particles,
like electrons and indeed protons,
like electrons and indeed protons,
172
577739
5228
є переміщення субатомічних часточок,
таких як електронів і навіть протонів,
таких як електронів і навіть протонів,
09:54
from one part of a molecule
to another via quantum tunneling.
to another via quantum tunneling.
173
582991
4661
з однієї частини молекули в іншу
шляхом квантового тунелювання.
шляхом квантового тунелювання.
10:00
It's efficient, it's fast,
it can disappear --
it can disappear --
174
588333
2851
Це ефективно, швидко,
він може зникнути --
він може зникнути --
10:03
a proton can disappear from one place,
and reappear on the other.
and reappear on the other.
175
591208
3111
протон може зникнути з одного місця
і з'явитися в іншому.
і з'явитися в іншому.
Ензими допомагають цьому відбуватися.
10:06
Enzymes help this take place.
176
594343
1629
10:08
This is research that's been
carried out back in the 80s,
carried out back in the 80s,
177
596548
2683
Ось дослідження, яке було
проведене ще у 80-х,
проведене ще у 80-х,
10:11
particularly by a group
in Berkeley, Judith Klinman.
in Berkeley, Judith Klinman.
178
599255
4037
переважно групою в Берклі,
Джудіт Клінман.
Джудіт Клінман.
10:15
Other groups in the UK
have now also confirmed
have now also confirmed
179
603316
2205
Інші групи у Великобританії
тепер вже теж підтвердили,
тепер вже теж підтвердили,
10:17
that enzymes really do this.
180
605545
1411
що ензими справді це роблять.
10:21
Research carried out by my group --
181
609048
2549
Дослідження, проведене моєю групою --
10:23
so as I mentioned,
I'm a nuclear physicist,
I'm a nuclear physicist,
182
611621
2434
як я казав, я - фізик-ядерник,
10:26
but I've realized I've got these tools
of using quantum mechanics
of using quantum mechanics
183
614079
3055
але я зрозумів, що маючи ці інструменти
використання квантової механіки
використання квантової механіки
10:29
in atomic nuclei, and so can apply
those tools in other areas as well.
those tools in other areas as well.
184
617158
5085
у дослідженні ядра атома, я можу
застосовувати їх і в інших областях теж.
застосовувати їх і в інших областях теж.
10:35
One question we asked
185
623404
1810
Одним з питань, яке ми ставили,
10:37
is whether quantum tunneling
plays a role in mutations in DNA.
plays a role in mutations in DNA.
186
625238
4298
було те, чи відіграє квантове тунелювання
роль у мутаціях в ДНК.
роль у мутаціях в ДНК.
10:41
Again, this is not a new idea;
it goes all the way back to the early 60s.
it goes all the way back to the early 60s.
187
629843
3660
Знову ж таки, це ідея не нова;
вона з'явилася ще на початку 60-х.
вона з'явилася ще на початку 60-х.
10:45
The two strands of DNA,
the double-helix structure,
the double-helix structure,
188
633527
2961
Дві нитки ДНК,
структура подвійної спіралі,
структура подвійної спіралі,
тримаються разом за допомогою поперечин;
це наче скручена драбина.
це наче скручена драбина.
10:48
are held together by rungs;
it's like a twisted ladder.
it's like a twisted ladder.
189
636512
2823
10:51
And those rungs of the ladder
are hydrogen bonds --
are hydrogen bonds --
190
639359
3507
І такі сходинки цієї драбини
є водневими зв'язками --
є водневими зв'язками --
10:54
protons, that act as the glue
between the two strands.
between the two strands.
191
642890
3790
протонами, які склеюють
обидві нитки між собою.
обидві нитки між собою.
10:58
So if you zoom in, what they're doing
is holding these large molecules --
is holding these large molecules --
192
646704
4750
Якщо поглянути ближче, вони
скріплюють ці великі молекули --
скріплюють ці великі молекули --
11:03
nucleotides -- together.
193
651478
1607
нуклеотиди -- разом.
11:06
Zoom in a bit more.
194
654130
1150
Погляньмо ще ближче.
11:07
So, this a computer simulation.
195
655304
1916
Це комп'ютерне моделювання.
11:09
The two white balls
in the middle are protons,
in the middle are protons,
196
657855
3542
Дві білі кульки
посередині - це протони,
посередині - це протони,
11:13
and you can see that
it's a double hydrogen bond.
it's a double hydrogen bond.
197
661421
2299
і видно, що між ними
подвійний водневий зв'язок.
подвійний водневий зв'язок.
11:15
One prefers to sit on one side;
the other, on the other side
the other, on the other side
198
663744
3314
Одна віддає перевагу одній стороні;
інша - іншій стороні
інша - іншій стороні
11:19
of the two strands of the vertical lines
going down, which you can't see.
going down, which you can't see.
199
667082
4558
двох ниток спадаючих вертикальних ліній,
яких вам не видно.
яких вам не видно.
11:24
It can happen that
these two protons can hop over.
these two protons can hop over.
200
672410
3395
Може бути таке, що
ці два протони можуть перескакувати.
ці два протони можуть перескакувати.
11:27
Watch the two white balls.
201
675829
1436
Дивіться на дві білі кульки.
11:29
They can jump over to the other side.
202
677748
1998
Вони можуть перескакувати на іншу сторону.
11:32
If the two strands of DNA then separate,
leading to the process of replication,
leading to the process of replication,
203
680239
5646
Якщо дві нитки ДНК після цього
розділяються, спричиняючи
розділяються, спричиняючи
процес реплікації, а ці два протони
перебувають не на своїх місцях,
перебувають не на своїх місцях,
11:37
and the two protons
are in the wrong positions,
are in the wrong positions,
204
685909
3199
11:41
this can lead to a mutation.
205
689132
1763
це може призвести до мутації.
11:43
This has been known for half a century.
206
691204
1872
Це було відомо вже півстоліття.
Питання звучить так:
Чи схильні вони до такої поведінки?
Чи схильні вони до такої поведінки?
11:45
The question is: How likely
are they to do that,
are they to do that,
207
693100
2343
11:47
and if they do, how do they do it?
208
695467
2378
Якщо так, то як вони це роблять?
11:49
Do they jump across,
like the ball going over the wall?
like the ball going over the wall?
209
697869
3019
Чи вони перестрибують, як
той м'яч, який перелітає через стіну?
той м'яч, який перелітає через стіну?
11:52
Or can they quantum-tunnel across,
even if they don't have enough energy?
even if they don't have enough energy?
210
700912
3502
Чи переміщаються вони через квантове
тунелювання навіть за нестачі енергії?
тунелювання навіть за нестачі енергії?
11:57
Early indications suggest that
quantum tunneling can play a role here.
quantum tunneling can play a role here.
211
705089
4252
Попередні результати говорять про те,
що квантове тунелювання може мати місце.
що квантове тунелювання може мати місце.
12:01
We still don't know yet
how important it is;
how important it is;
212
709365
2124
Ми досі не знаємо,
наскільки це важливо;
наскільки це важливо;
12:03
this is still an open question.
213
711513
1792
це ще відкрите питання.
Тут багато місця для гіпотез,
12:06
It's speculative,
214
714199
1150
12:07
but it's one of those questions
that is so important
that is so important
215
715373
2643
але це одне з тих питань,
які настільки важливі,
які настільки важливі,
12:10
that if quantum mechanics
plays a role in mutations,
plays a role in mutations,
216
718040
2446
що якщо квантова механіка
відіграє роль у мутаціях,
відіграє роль у мутаціях,
12:12
surely this must have big implications,
217
720510
2299
це точно повинно мати серйозні наслідки
12:14
to understand certain types of mutations,
218
722833
2694
для розуміння певних видів мутацій,
12:17
possibly even those that lead
to turning a cell cancerous.
to turning a cell cancerous.
219
725551
3756
можливо, навіть тих,
які перетворюють клітину на ракову.
які перетворюють клітину на ракову.
12:22
Another example of quantum mechanics
in biology is quantum coherence,
in biology is quantum coherence,
220
730803
5299
Ще одним прикладом квантової механіки
в біології є квантова когерентність
в біології є квантова когерентність
12:28
in one of the most
important processes in biology,
important processes in biology,
221
736126
2353
в одному з найважливіших
біологічних процесів -
біологічних процесів -
12:30
photosynthesis: plants
and bacteria taking sunlight,
and bacteria taking sunlight,
222
738503
3941
фотосинтезі: рослини й бактерії
поглинають сонячне світло
поглинають сонячне світло
12:34
and using that energy to create biomass.
223
742468
2954
і використовують отриману енергію
для створення біомаси.
для створення біомаси.
12:38
Quantum coherence is the idea
of quantum entities multitasking.
of quantum entities multitasking.
224
746215
4152
Квантова когерентність - це ідея про
виконання часточками декількох дій одразу.
виконання часточками декількох дій одразу.
12:42
It's the quantum skier.
225
750912
1604
Йдеться про квантового "лижника".
12:44
It's an object that behaves like a wave,
226
752540
2952
Це об'єкт, який поводиться як хвиля,
12:47
so that it doesn't just move
in one direction or the other,
in one direction or the other,
227
755516
2902
щоб він не просто переміщався
в тому чи іншому напрямку,
в тому чи іншому напрямку,
12:50
but can follow multiple pathways
at the same time.
at the same time.
228
758442
3320
але може рухатися багатьма
шляхами одночасно.
шляхами одночасно.
12:54
Some years ago,
the world of science was shocked
the world of science was shocked
229
762708
3916
Декілька років тому
науковий світ шокувало
науковий світ шокувало
12:58
when a paper was published
showing experimental evidence
showing experimental evidence
230
766648
3584
опубліковане дослідження,
яке надавало експериментальні докази того,
яке надавало експериментальні докази того,
13:02
that quantum coherence
takes place inside bacteria,
takes place inside bacteria,
231
770256
3776
що квантова когерентність
має місце всередині бактерії,
має місце всередині бактерії,
13:06
carrying out photosynthesis.
232
774056
1686
яка здійснює фотосинтез.
13:07
The idea is that the photon,
the particle of light, the sunlight,
the particle of light, the sunlight,
233
775766
3064
Ідея в тому, що протон,
часточка сонячного світла,
часточка сонячного світла,
13:10
the quantum of light
captured by a chlorophyll molecule,
captured by a chlorophyll molecule,
234
778854
3344
квант світла, що поглинається
хлорофіловою молекулою,
хлорофіловою молекулою,
13:14
is then delivered to what's called
the reaction center,
the reaction center,
235
782222
2591
потім доставляється до
так званого центру реакції,
так званого центру реакції,
де він може перетворитися
на хімічну енергію.
на хімічну енергію.
13:16
where it can be turned into
chemical energy.
chemical energy.
236
784837
2064
І, добираючись туди,
він рухається не одним маршрутом;
він рухається не одним маршрутом;
13:18
And in getting there,
it doesn't just follow one route;
it doesn't just follow one route;
237
786925
2648
13:21
it follows multiple pathways at once,
238
789597
2215
а багатьма шляхами водночас,
13:23
to optimize the most efficient way
of reaching the reaction center
of reaching the reaction center
239
791836
4337
щоб оптимізувати найефективніший спосіб
досягнення центру реакції,
досягнення центру реакції,
13:28
without dissipating as waste heat.
240
796197
1721
не розсіюючись як марне тепло.
13:31
Quantum coherence taking place
inside a living cell.
inside a living cell.
241
799228
3309
Квантова когерентність, яка
має місце всередині живої клітини.
має місце всередині живої клітини.
13:34
A remarkable idea,
242
802561
2120
Дивовижна ідея,
13:36
and yet evidence is growing almost weekly,
with new papers coming out,
with new papers coming out,
243
804705
6235
і все-таки нові докази з'являються мало не
щотижня, публікуюються нові дослідження,
щотижня, публікуюються нові дослідження,
13:42
confirming that this
does indeed take place.
does indeed take place.
244
810964
2212
які підтверджують, що це справді
так відбувається.
так відбувається.
13:45
My third and final example
is the most beautiful, wonderful idea.
is the most beautiful, wonderful idea.
245
813555
4739
Третім і останнім моїм прикладом
є найкрасивіша, чудова ідея.
є найкрасивіша, чудова ідея.
13:50
It's also still very speculative,
but I have to share it with you.
but I have to share it with you.
246
818318
4063
Вона теж поки дуже гіпотетична,
але я не можу нею не поділитися.
але я не можу нею не поділитися.
13:54
The European robin
migrates from Scandinavia
migrates from Scandinavia
247
822405
4612
Європейська вільшанка
мігрує зі Скандинавії
мігрує зі Скандинавії
13:59
down to the Mediterranean, every autumn,
248
827041
2635
на південь, до Середземного моря,
кожної осені,
кожної осені,
14:01
and like a lot of other
marine animals and even insects,
marine animals and even insects,
249
829700
3373
і, як багато морських
тварин і навіть комах,
тварин і навіть комах,
14:05
they navigate by sensing
the Earth's magnetic field.
the Earth's magnetic field.
250
833097
4300
вона орієнтується на відчуття
магнетичного поля Землі.
магнетичного поля Землі.
Магнетичне поле Землі
дуже, дуже слабке;
дуже, дуже слабке;
14:10
Now, the Earth's magnetic field
is very, very weak;
is very, very weak;
251
838968
2427
воно у 100 разів слабше
за магніт на холодильнику,
за магніт на холодильнику,
14:13
it's 100 times weaker
than a fridge magnet,
than a fridge magnet,
252
841419
2080
14:15
and yet it affects the chemistry --
somehow -- within a living organism.
somehow -- within a living organism.
253
843523
5601
і все-таки воно якимось чином впливає на
хімічні процеси в живому організмі.
хімічні процеси в живому організмі.
В цьому немає сумніву --
німецька пара орнітологів,
німецька пара орнітологів,
14:21
That's not in doubt --
a German couple of ornithologists,
a German couple of ornithologists,
254
849932
3806
14:25
Wolfgang and Roswitha Wiltschko,
in the 1970s, confirmed that indeed,
in the 1970s, confirmed that indeed,
255
853762
4260
Вольфґанґ і Росвіта Вілчко,
у 1970-х роках підтвердили, що
у 1970-х роках підтвердили, що
14:30
the robin does find its way by somehow
sensing the Earth's magnetic field,
sensing the Earth's magnetic field,
256
858046
3977
вільшанка справді знаходить шлях,
якось відчуваючи магнетичне поле Землі,
якось відчуваючи магнетичне поле Землі,
14:34
to give it directional information --
a built-in compass.
a built-in compass.
257
862047
3327
яке надає їй інформацію про напрямок --
вбудований компас.
вбудований компас.
14:37
The puzzle, the mystery was:
How does it do it?
How does it do it?
258
865398
2249
Загадкою, таємницею було одне:
Як вона це робить?
Як вона це робить?
14:40
Well, the only theory in town --
259
868351
3030
Єдина теорія, яка в нас є --
14:43
we don't know if it's the correct theory,
but the only theory in town --
but the only theory in town --
260
871405
3436
ми не знаємо, чи вона правильна,
але вона поки єдина --
але вона поки єдина --
це те, що вона робить це з допомогою того,
що зветься квантовою заплутаністю.
що зветься квантовою заплутаністю.
14:46
is that it does it via something
called quantum entanglement.
called quantum entanglement.
261
874865
2984
14:50
Inside the robin's retina --
262
878567
2374
Всередині сітківки ока вільшанки --
14:52
I kid you not -- inside the robin's retina
is a protein called cryptochrome,
is a protein called cryptochrome,
263
880965
4232
я не жартую -- є протеїн,
який називається криптохром
який називається криптохром
і який чутливий до світла.
14:57
which is light-sensitive.
264
885221
1380
14:58
Within cryptochrome, a pair of electrons
are quantum-entangled.
are quantum-entangled.
265
886625
3939
Всередині криптохрому пара електронів
перебуває у сплутаному квантовому стані.
перебуває у сплутаному квантовому стані.
А квантова заплутаність - це коли
дві часточки далеко одна від одної,
дві часточки далеко одна від одної,
15:02
Now, quantum entanglement
is when two particles are far apart,
is when two particles are far apart,
266
890588
3232
15:05
and yet somehow remain
in contact with each other.
in contact with each other.
267
893844
2834
але все одно якось
контактують між собою.
контактують між собою.
Навіть Ейнштейн ненавидів цю ідею;
15:08
Even Einstein hated this idea;
268
896991
1446
15:10
he called it "spooky action
at a distance."
at a distance."
269
898461
2039
він називав її
"моторошною дією на відстані".
"моторошною дією на відстані".
15:12
(Laughter)
270
900524
1881
(Сміх)
15:14
So if Einstein doesn't like it,
then we can all be uncomfortable with it.
then we can all be uncomfortable with it.
271
902429
3443
Тож якщо Ейнштейн її не любив,
то і нам всім вона може не подобатися.
то і нам всім вона може не подобатися.
15:17
Two quantum-entangled electrons
within a single molecule
within a single molecule
272
905896
2853
Два квантово сплутаних електрони
в межах однієї молекули
в межах однієї молекули
15:20
dance a delicate dance
273
908773
1471
танцюють витончений танець,
15:22
that is very sensitive
to the direction the bird flies
to the direction the bird flies
274
910268
2541
який дуже чутливий до
напряму польоту пташки
напряму польоту пташки
15:24
in the Earth's magnetic field.
275
912833
1531
у магнетичному полі Землі.
15:26
We don't know if it's
the correct explanation,
the correct explanation,
276
914848
2610
Ми не знаємо, чи це
правильне пояснення.
правильне пояснення.
15:29
but wow, wouldn't it be exciting
if quantum mechanics helps birds navigate?
if quantum mechanics helps birds navigate?
277
917482
4544
Але ж круто! Хіба не цікаво було б, якби
квантова механіка вказувала напрям птахам?
квантова механіка вказувала напрям птахам?
15:35
Quantum biology is still in it infancy.
278
923069
2721
Квантова біологія
ще тільки починає свій шлях.
ще тільки починає свій шлях.
15:37
It's still speculative.
279
925814
3484
Вона ще поки гіпотетична.
15:41
But I believe it's built on solid science.
280
929742
3849
Але, я гадаю, вона стоїть
на міцному науковому підґрунті.
на міцному науковому підґрунті.
15:45
I also think that
in the coming decade or so,
in the coming decade or so,
281
933917
3809
А ще я думаю, що десь
в наступні 10 років
в наступні 10 років
15:49
we're going to start to see
that actually, it pervades life --
that actually, it pervades life --
282
937750
4841
ми почнемо бачити, що
насправді вона пронизує життя,
насправді вона пронизує життя,
15:54
that life has evolved tricks
that utilize the quantum world.
that utilize the quantum world.
283
942615
4596
що життя виробило прийоми,
які використовують квантовий світ.
які використовують квантовий світ.
Слідкуйте за цією галуззю.
16:00
Watch this space.
284
948026
1428
16:01
Thank you.
285
949478
1157
Дякую.
16:02
(Applause)
286
950659
2202
(Оплески)
ABOUT THE SPEAKER
Jim Al-Khalili - Quantum physicistPhysicist Jim Al-Khalili and co-author Johnjoe McFadden, a biologist, explore the far edges of quantum biology in their book "Life on the Edge."
Why you should listen
A professor of physics at the University of Surrey, Jim Al-Khalili doubles as a science communicator and broadcaster. He’s the co-author with Johnjoe McFadden of Life on the Edge: The Coming of Age of Quantum Biology. The book explores this emerging -- and still largely speculative -- area of science suggesting that quantum mechanics may play a role in biology. If so, it may help us understand what drives genetic mutations that lead to cancer, or how robins fly from Scandinavia to the Mediterranean.
More profile about the speakerJim Al-Khalili | Speaker | TED.com